Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361102, China
3 Institute of Laser Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
High-resolution multi-color printing relies upon pixelated optical nanostructures, which is crucial to promote color display by producing nonbleaching colors, yet requires simplicity in fabrication and dynamic switching. Antimony trisulfide (Sb2S3) is a newly rising chalcogenide material that possesses prompt and significant transition of its optical characteristics in the visible region between amorphous and crystalline phases, which holds the key to color-varying devices. Herein, we proposed a dynamically switchable color printing method using Sb2S3-based stepwise pixelated Fabry-Pérot (FP) cavities with various cavity lengths. The device was fabricated by employing a direct laser patterning that is a less time-consuming, more approachable, and low-cost technique. As switching the state of Sb2S3 between amorphous and crystalline, the multi-color of stepwise pixelated FP cavities can be actively changed. The color variation is due to the profound change in the refractive index of Sb2S3 over the visible spectrum during its phase transition. Moreover, we directly fabricated sub-50 nm nano-grating on ultrathin Sb2S3 laminate via microsphere 800-nm femtosecond laser irradiation in far field. The minimum feature size can be further decreased down to ~45 nm (λ/17) by varying the thickness of Sb2S3 film. Ultrafast switchable Sb2S3 photonic devices can take one step toward the next generation of inkless erasable papers or displays and enable information encryption, camouflaging surfaces, anticounterfeiting, etc. Importantly, our work explores the prospects of rapid and rewritable fabrication of periodic structures with nano-scale resolution and can serve as a guideline for further development of chalcogenide-based photonics components.
tunable color displays Fabry-Pérot cavity resonators color printing chalcogenide materials 
Opto-Electronic Advances
2024, 7(1): 230033
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 电磁空间安全全国重点实验室,天津 300308
硫系玻璃作为一种优秀的红外材料,具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点,是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手,采用气(氯气)/气(玻璃蒸汽)、固(铝)/液(玻璃熔液)化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗,建立了三维激光显微成像系统,检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷,优化制备工艺降低光纤散射损耗,制备出损耗为0.087 dB/m(@4.778 μm)的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器(波长为2.0 μm)和双波长输出的光学参量振荡器(OPO)激光器(波长为3.8 μm 和4.7 μm)进行激光传能实验,在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W(@2.0 μm)和6.12 W(@3.8 μm和4.7 μm)激光传输。
材料 红外光纤 硫系玻璃 超低损耗 激光传输 激光损伤 
光学学报
2024, 44(7): 0716001
吕松竹 1赵建行 1,*周姚 1曹英浩 1[ ... ]周见红 1,3,**
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春  130022
2 哈尔滨工业大学 物理学院, 哈尔滨 黑龙江  150001
3 长春理工大学 光电测量和光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春  130022
由于硫系玻璃具有良好的光学性质,在非线性光学等方面研究广泛,但基于硫系玻璃光电探测器的相关研究却很少。本文利用真空共热蒸发技术制备了不同掺银比例的硫系玻璃薄膜作为半导体膜层结构,并设计构建了金属-绝缘体-半导体结构的自供电光电探测器,探究了该光电探测器的响应光谱范围。结果表明,该探测器对可见光到近红外区域的光均有响应。针对掺银硫系玻璃光电探测器在635 nm波长激光下,研究了探测器响应电压与激发功率之间的关系。当激光功率小于10 mW时,探测器响应电压与激发功率线性相关;当激光功率大于10 mW时,探测器响应电压逐渐饱和。探测器的上升和衰减时间分别为3.932 s和1.522 s。本研究为硫系玻璃材料在自供电光电探测器领域的应用提供了证明。
硫系玻璃 光电探测器 金属-绝缘体-半导体 chalcogenide glass photodetector metal-insulator-semiconductor 
发光学报
2024, 45(2): 343
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3 Key Laboratory of Vascular Aging, Ministry of Education, Tongji Hospital Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
4 State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
5 Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute, Shenzhen 518063, China
Curvature sensing plays an important role in structural health monitoring, damage detection, real-time shape control, modification, etc. Developing curvature sensors with large measurement ranges, high sensitivity, and linearity remains a major challenge. In this study, a curvature sensor based on flexible one-dimensional photonic crystal (1D-PC) films was proposed. The flexible 1D-PC films composed of dense chalcogenide glass and water-soluble polymer materials were fabricated by solution processing. The flexible 1D-PC film curvature sensor has a wide measurement range of 33–133 m-1 and a maximum sensitivity of 0.26 nm/m-1. The shift of the transmission peak varies approximately linearly with the curvature in the entire measurement range. This kind of 1D-PC film curvature sensor provides a new idea for curvature sensing and measurement.
curvature sensor one-dimensional photonic crystals solution processing chalcogenide glass flexible film 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021601
杨克羽 1,2孙伟路 1,2盛俊凯 1,2彭芊芊 1,2[ ... ]王训四 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 宁波大学信息科学与工程学院高等技术研究院红外材料与器件实验室,浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
3 宁波海洋研究院,浙江 宁波 315832
基于有效全向反射原理的布拉格光纤可以通过调谐周期性的包层结构参数来实现特定波长的高功率传输。为了克服传统空心布拉格光纤易于形变的缺点,制备了一种基于补偿叠层挤压技术的硫系玻璃纤芯全固态布拉格光纤,解决了传统叠层挤压引起的光纤层厚不均匀问题。该光纤含有三对厚度相同的包层对,在整根6 m长光纤中包层对的厚度与光纤直径的比例保持恒定的3∶100。该光纤在4~10 μm的波长范围内具有四个明显的低损耗窗口,证明了优化玻璃厚度的补偿叠层技术可以有效改善光纤结构及光传输性能。
光纤光学 全固态 布拉格光纤 硫系玻璃 叠层挤压法 
中国激光
2024, 51(2): 0206006
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 哈尔滨工业大学物理学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 长春理工大学光电测量和光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
采用皮秒Z扫描与泵浦探测技术研究了硫系玻璃(Ge28Sb12Se60)薄膜掺杂Bi元素对其光学非线性及超快动力学过程的影响。Z扫描实验结果表明,Bi元素的掺入对反饱和非线性吸收具有明显的增强作用,这与Tauc方程的计算结果相吻合。通过泵浦探测技术,求得样品具体的动力学参数,并利用三能级结构模型,对其超快动力学过程进行了探究。掺Bi硫系玻璃薄膜的非线性响应机制为激发态吸收,研究发现Bi元素的引入进一步增大了样品的激发态吸收截面。
非线性光学 硫系玻璃 Z扫描 泵浦探测技术 
光学学报
2023, 43(23): 2319001
黄梓轩 1王虎 1祁思胜 2顾晓南 1[ ... ]杨志勇 1,2,**
作者单位
摘要
1 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室,江苏 徐州 221116
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室,上海 201800
3 光电信息控制和安全技术重点实验室,天津 300308
中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束,从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤),评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As40S60/As38S62光纤组束熔融拉锥而成,初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200 μm和250 μm,数值孔径为0.38~0.35(@2~6 μm),拉锥比例R为3和4,锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明:当R=3时,制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%;当R=4时,制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%;光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。
材料 硫系玻璃光纤 光纤合束器 中红外 端口传输效率 
光学学报
2023, 43(23): 2306003
作者单位
摘要
1 宁波大学高等技术研究院, 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 宁波 315211
梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上, 极大降低系统的尺寸、质量和成本, 有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而, 目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS2-25In2S3-10CsCl硫系玻璃, 利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In2S3纳米晶体, 制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明: 析出的β-In2S3晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构, 尺寸约为25 nm, 且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关; 制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率, 且其10 μm处最大折射率差Δn达0.047。
硫系玻璃 热诱导析晶 梯度折射率 微晶玻璃 红外透过率 光学材料 chalcogenide glass thermally induced crystallization gradient refractive index glass-ceramics infrared transmission optical material 
硅酸盐通报
2023, 42(11): 4131
作者单位
摘要
南昌大学 物理与材料学院,南昌 330031
实验研究发现AZ5214光刻胶在一定曝光剂量下显影后会留存一定厚度的底膜,该底膜可以在干法刻蚀过程中避免As-S薄膜与碱性显影液直接接触,减轻薄膜表面损伤,起到保护作用。基于此,采用该底膜作为保护层制备As2S3脊型波导,研究结果表明,在AZ5214光刻胶匀胶厚度为2.1 μm、紫外曝光剂量为200 mJ/cm2、显影时间为45 s的条件下会留存约为220 nm厚的光致保护层,该条件下保护层均匀性较好,且在刻蚀阶段可以完全去除。实验表明利用此保护层制备的As2S3脊型波导具有良好的形貌特征,波导脊宽约为3 μm、脊高约为800 nm的As2S3脊型波导的传输损耗约为0.74 dB/cm@1 550 nm。
集成光学 硫系玻璃 脊型波导 AZ5214光刻胶 光致保护层 Integrated optics Chalcogenide glass Ridge waveguides AZ5214 photoresist Protective layer 
光子学报
2023, 52(10): 1052420
作者单位
摘要
云南大学材料与能源学院, 云南 昆明 650091
全无机钙钛矿量子点CsPbX3(QDs)(X=Cl、 Br、 I)具有可覆盖整个可见光区(400~700 nm)的发射, 单一发光峰较窄, 量子效率较高, 其发射波长和带隙可通过调节CsPbX3中卤素原子X来实现调控。 因CsPbX3优异的光学特性而被广泛应用于显示领域, 然而其稳定性较差等问题阻碍其进一步的应用。 金属有机框架(MOFs)是一种多孔性的框架结构, 因其独特的多孔结构, 永久的孔隙率而作为一种基质载体来提高材料的稳定性。 MOFs将QDs限制在主体内部不仅可以保护它们免受外部环境的刺激, 使它们彼此隔离而不团聚, 而且还可以实现各种新的特性和应用。 将QDs限制在MOFs中所得的复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)具有比CsPbX3 QDs更优异的光学特性以及对周围环境更好的稳定性, 复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)在光电器件, 传感器以及加密与防伪领域有着广泛的应用。 该综述首先介绍了CsPbX3 QDs相关结构、 制备、 光学性能和应用, 以及现存问题。 例如在毒性、 稳定性、 阴离子交换等方面及相应解决方法; 其次介绍了MOFs结构、 制备、 特性及应用等相关内容; 并对介绍复合材料CsPbX3 QDs@MOFs的制备、 光学特性、 应用, 例如在白光二极管(WLEDs)、 防伪和加密、 用作催化剂、 远程型白光发射器件中的应用, 并实现了宽色域应用, 验证了这些新型发光复合材料在背光显示应用中具有很大的应用前景。 对复合材料CsPbX3 QDs@MOFs现阶段存在一些问题和需要改进方面提出一些见解, 对下一步进行复合材料方向提供一些思路并对研究前景进行了展望。
全无机钙钛矿量子点 金属有机框架 发光特性 应用 All-inorganic chalcogenide quantum dots Metal-organic frameworks Luminescence properties Applications 
光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3321

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